近日，《自然》杂志上一篇研究论文预测，地球两极冰加速融化正在影响地球自转速度，这或将导致历史上首个负闰秒推迟3年出现。
目前，世界上有两种常用计时系统，基于地球自转的世界时和基于原子振荡周期的国际原子时。由于地球自转速度的不均匀性，跟着时间推移，两个计时系统之间会出现时差，因此有了“协调世界时”的概念。
闰秒是1972年以来为使“协调世界时”接近于世界时的时刻，而对“协调世界时”人为增加或删减1秒的调整。当世界时和国际原子时之间相差达到0.9秒时，就将协调世界时向前拨1秒（删减1秒，即负闰秒）或向后拨1秒（增加1秒，即正闰秒）。迄今，全球已进行过27次闰秒调整，均为正闰秒，负闰秒从未被使用过。
时间，是亘古不变且又常谈常新的话题。从古至今，横贯中外，无数学者孜孜不倦地研究着它。跟着社会的发展，人类对时间精度的需求越来越强烈。从观察日月到水钟，再到机械摆钟、原子钟，人类是如何追寻时间精度的呢？请看解读。
很久以前，人类通过观察太阳、月亮和星辰的运动来感知时间的流转。日升日落定义了日的概念，月圆月缺赋予了月的意义，四季的更迭则昭示着年的到来。然而，随时代的发展，人类对时间的精度要求也在逐渐提高。一天不再只是日出而作、日落而息，而是被精确地划分出时、分，甚至秒。这种对时间的精细划分，促使了计时方式的演变。
据现有记载，古埃及人发明了“水钟”，这标志着人类开始尝试天文规律以外的更加精确的计时方式。水钟在世界上得到了逐步发展，成为数千年间很多国家采用的计时工具。公元前6世纪，水钟传入中国。人们对其改良后，使它变得更加小巧。人们还为它赋予了新的名字：“刻漏”或“漏壶”。北宋初年的“水运仪象台”将水钟计时和天文观测完美结合，是水钟的巅峰之作。
17世纪时，荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯根据摆的等时性原理，制造了世界上第一个摆钟。钟摆的长度决定了其摆动周期，当钟摆的摆动周期被调整至一天的1/86400时，其“滴答”一声的时间即为一秒。机械摆钟的出现，将计时带入了一个全新的纪元。通过钟摆的有规律摆动，人们得以更加精确地度量时间。
20世纪20年代，石英晶体时钟的出现再次推动了计时技术的发展。石英晶体时钟的误差每天不超过千分之一秒，并且具有体积小、重量轻等特点，极大地促进了社会生产力和科学的进步。
随着人类对精密测量的不懈追求，更为精确的原子钟应运而生。原子钟利用原子在吸收或释放能量时发出的电磁波来计时。由于原子辐射电磁波的频率极高且极为稳定，原子钟的精度能够达到每千万年仅误差1秒。高精度原子钟的问世，让人们重新思考起“时、分、秒”的概念定义。在此之前，这些概念定义依据的是地球的公转和自转周期。因为地球的公转和自转周期会随时间缓慢变化，原本的定义便不再能满足大家对更精准测量的要求。因此，1967年，国际计量大会将“秒”的概念定义在铯原子钟上，即铯133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期持续的时间。这标志着原子“秒”时代的开始。
光学原子钟（光钟），是人类目前所能制造的最为精密的时钟。顾名思义，与传统的微波段原子钟不同，光钟输出信号的振荡频率处于光频段。相比之下，光钟的振荡频率提高了约10万倍，就像一台每秒“滴答”万亿次的时钟。
光钟的原理，实际上并不算复杂。科学家们需要先把原子的温度降低到绝对零度附近，然后用一个很稳定的光频段的电磁波振荡源，对其进行谱线探测，激发相应的能级跃迁。最后获取纠错信号反馈控制这台激光器的长期漂移，这样就获得了一个稳定性非常好的光学频率标准，即光频标。光频标可用于光学计量，但不能直接用作“钟”，因为电子器件无法响应光频信号。因此就需要用光频梳将光频标转化为常用的微波频标，它就像一把尺子，尺子的一边是微波频段，尺子的另一头是光频段，将光频段的信号锁定到光频标上就能轻松实现同等精度的微波信号。
早在20世纪70年代初，就有人提出利用光的频率制造光钟的构想。随着高精度探测技术的发展，光钟从设想走向了现实。光钟里涉及的原子激光冷却技术、飞秒光梳及超稳激光技术，分获1997年和2005年两项诺贝尔奖。
进入21世纪，国际上开始掀起光钟研制的热潮。目前，指标最好的实验室级光钟已确定进入10-19量级（百亿年误差1秒），超过目前最好的微波原子钟两个量级以上。据悉，第27届国际计量大会已经通过了“关于秒的未来重新定义”的决议，计划于2026年提出关于利用光钟重新定义国际单位制（SI）“秒”的具体路线年做出最终决定。这也将引发各国科学家新一轮的竞争。
尽管光钟相比传统微波钟有着不可比拟的精准度，但其体积非常庞大、系统复杂，且在稳定度等方面仍有许多瓶颈需要克服，目前尚处于向工程化和应用化样机过渡的阶段。不过，随着光钟的小型化，许多国家都提出了空间科学+光原子钟的计划。即在远离地球引力的外太空，建立更稳定、更精确的空间时频体系，用于验证相对论、引力波，寻找暗物质等基本的科学问题。2022年，中国已经率先将一台“准工程化”的光钟放入了中国空间站梦天实验舱，变成全球首台在轨运行的空间光钟。入驻太空的光钟有望用于提高卫星导航定位系统的精准度，更好地服务于国计民生。
医院远程手术需要仪器同步精度优于毫秒量级；5G通信的基站需要优于微秒级的时间同步精度；人们出行依赖的卫星定位和导航系统，几个纳秒的时间误差就意味着米级的位置误差；现代物理学前沿问题的探索经常需要皮秒、阿秒甚至仄秒量级的时间测量精度……对时间的测量和利用，已经贯穿了人类生活生产的方方面面，成为数字时代不可或缺的基石。
冷兵器时代，行军打仗往往只需要小时级的时间精度。进入热兵器时代后，对弹道的计算和移动目标的打击等新的需求开始要求优于秒级的计时精度。在战争形态朝着信息化、智能化快速演变的今天，从战场的感知、决策到目标的打击都对战场全局时间基准提出了更加高的要求，时频体系成为一个国家的国防基础。
智能化战场作战要素多、信息带宽大，如果时空基准不准确，情报融合、目标识别和精确打击就没办法实现。21世纪以来的几次局部战争中，卫星导航系统扮演了举足轻重的角色，定位、导航和授时是其基本功能，可为作战单元提供精确的时间和空间坐标信息。而导航卫星的这3个功能都依赖于其自身搭载的高精度原子钟，如GPS卫星上则搭载了铷钟和铯钟。这些原子钟都工作在微波频段，可以为战场各作战单元提供优于纳秒级的时间同步。比如要想提高制导武器命中率，就必须提高计时的精确度。否则，就会出现“差之毫厘，谬以千里”的后果。可以说，离开了高精度的时间计量，目前绝大多数的精确制导武器将会形同虚设。
在联合作战方面，未来无人作战系统或空天一体化作战网络中，所有作战设备都需要高精度时间同步。卫星、飞机、导弹、地面雷达、舰船等装备，都需要高精度原子钟，并通过电磁波或光纤实现时间同步。只有这样，才能提高探测、预警和打击精度，同时提高联合作战效率。
值得注意的是，电磁拒止等可能的复杂环境给战场时频同步带来了新的挑战。近年来，各国争相开始研制舰载、机载等高精度时频系统，以减少对星载时频链路的依赖。
